由天润曲轴股份有限公司牵头，沈阳机床成套设备有限责任公司、北京第二机床厂有限公司和湖南大学共同参与的“汽车曲轴加工柔性、敏捷、高效、精密、自动化生产线示范工程”课题，于2017年12月6日在山东天润曲轴股份有限公司圆满通过了结题验收。本课题结合3L汽车发动机曲轴自动化生产线的国产化开发要求，在课题参与人员的不懈努力下，攻克了一系列高精、高效加工曲轴的关键装备技术，并将它们集成应用于本课题的曲轴精加工生产线中，形成了汽车曲轴加工柔性自动生产线示范工程，提升了我国汽车成套装备自主制造能力与制造水平，推进了高档汽车发动机国产化的进程。

具体而言，课题圆满地完成了以下研究内容：

1. 根据曲轴多品种批量生产的特点，优化设计了汽车发动机曲轴零件的加工工艺以及整线设备的规划布置，实现了提高整线柔性化生产的目标。

2. 以新材料、新结构和新技术为切入点，提升了国产曲轴精加工设备的性能，优化了工艺匹配性，提高了生产线的设备工艺能力水平和数控化率，提高了整线的可靠性。

3. 研究开发了曲轴加工自动化生产线的核心技术和设备，提升了我国汽车成套装备自主制造能力与制造水平；

4. 实现了生产线的功能模块化、加工柔性化、操作自动化和控制智能化，总体技术达到了国际同类加工生产线的先进水平。

总之，通过课题研究，取得了一系列重大研究成果，开发出了一系列关键技术。这些研究成果不仅可在机械装备和汽车等离散制造行业的生产线规划、设计和优化中得到应用和推广，为企业投资生产线提供重要的决策支持；而且可为各机床设计制造企业及物流装备企业提供重要的技术支持。

课题开发的数控曲轴磨床

研究成果具体如下：

1. 开发了基于Plant-Simulation 仿真平台的曲轴生产线物流仿真模型，开展了协同仿真及分析研究。

2. 开展了曲轴示范生产线生产效率灵敏度仿真分析和瓶颈仿真分析，提出了优化方案。

3. 突破了质量定心机技术。

4. 突破了数控曲轴内铣机床关键技术并进行了改进。

5. 实施了OP30、OP40和OP60 SUC8117j型曲轴双刀架主轴颈数控机床智能配置应用及软件开发。

6. 针对SUC8149型曲轴油孔加工数控机床，开发了曲轴油孔倒角插补铣削技术，进一步将MQL技术应用到曲轴油孔加工中。

7. 结合曲轴材料，研究并优化了曲轴的高速、高效磨削工艺。

8. 开发了以“数控随动精密高效磨削”为核心的多轴联动非圆超高速磨削工艺技术。

9. 开发了关键工序在线质量检测与误差补偿技术。

10. 开发了高速主轴颈/连杆颈数控磨床设计制造技术与工艺系统。

11. 开发了超高速数控止推面磨床设计制造技术与工艺系统。

12. 开发了数控曲轴多砂带整体超精密抛光工艺技术。

13. 开发了曲轴轴颈高效精密加工的高速（线速度120m/s）磨削技术。

14. 开发了曲轴加工高速砂轮精密修整技术。

15. 开发了高速、超高速磨削条件下工件可控冷却技术。

16. 开发了大负荷、高刚性、高响应和高速静压支撑技术。

17. 实现了自动去重平衡机的升级改进。

通过课题研究，培养了多名研发人才和研究生，取得了多项知识产权，发表了多篇学术论文。

曲轴材料平面高速磨削试验

为了提高曲轴磨削加工效率，湖南大学开展了曲轴材料QT700-2平面高速高效磨削工艺试验，为北京第二机床厂有限公司开发高速曲轴随动磨床提供了曲轴磨削工艺技术支持。

要提高曲轴磨削效率，就需要提高磨削砂轮的线速度，加大磨削切深，减少磨削进给次数。也就是说，曲轴磨削采用“粗磨加精磨、最后再光磨”的3道工序完成，极大地缩短了磨削加工时间，提高了磨削效率。在粗磨阶段，选择原则是高的砂轮线速度和大切深；在精磨阶段，选择原则是适当的砂轮线速度和微小的切深，保证表面质量。此外，还研究了采用同一个砂轮进行粗、精磨削，以节省时间，提高效率。

依托湖南大学国家高效磨削工程技术中心的314m/s超高速磨削试验台，本课题对曲轴QT700-2材料进行了高速高效平面磨削工艺试验。采用不同的磨削参数和砂轮，通过单因素试验法进行了平面磨削，研究了曲轴QT700-2材料在超高速磨削下的磨削力变化趋势和影响因素、磨削表面形貌、磨削表面粗糙度变化及特点，从而探讨了各磨削用量对曲轴材料磨削试件的加工效率和加工质量所带来的影响，并据此来优化曲轴材料磨削加工工艺。

试验采用Kistler 9257BA 测力仪来测量磨削力，采用402MVA自动转塔显微维氏硬度计来测量表面硬度，采用超景深三维显微系统来对砂轮表面形貌和磨削后的材料表面形貌进行观测，采用JB-4C精密粗糙度测试仪来测量表面粗糙度。

湖南大学的高速磨削试验台

通过试验，对汽车曲轴材料QT700-2粗磨时的磨削力、磨削力比和比磨削能、最大未变形切削深度等进行了研究，详细分析了磨削用量对磨削力、比磨削能等的影响，同时研究了曲轴材料磨除率、磨削力变化规律与最大未变形切屑厚度的关系。

随着砂轮线速度的增大，磨削力呈下降趋势。起初，随着砂轮线速度的增大，磨削力比呈上升趋势，当砂轮线速度达到140m/s的超高速时，磨削力比有下降的趋势。

随着工件工作台速度的提升，磨削力有不同程度的增加，磨削力比变化较小。

在砂轮线速度一定时，改变磨削深度的大小，不同工作台速度条件下曲轴材料的磨削力有着不同程度的增大。在砂轮速度一定，不同的工作台速度下，随着磨削深度的增大，磨削力比呈下降趋势。

曲轴材料高速磨削工艺参数优选

结合曲轴磨削加工的要求，对曲轴球墨铸铁QT700-2材料工件使用的CBN砂轮进行了高速磨削参数的优选试验。在粗磨试验阶段，主要从材料磨除率、磨削力和比磨削能角度考虑，来提高磨削效率；在精磨试验阶段，主要从表面粗糙度和表面形貌的角度考虑，来保证工件磨削的加工质量。

粗磨阶段采用进口Winter1 CBN砂轮对曲轴材料QT700-2进行磨削，在此过程中，提高磨床工作台的进给速度以及增大磨削深度，都会导致磨削力的增加，而提高砂轮转速反而导致磨削力的减小。随着工作台速度和磨削深度的增加，比磨除率增大，提高了磨削效率。经综合考虑，决定砂轮参数选择超高速、较大的磨削深度和较高的工作台进给速度。

精磨阶段采用进口Winter2 CBN砂轮和国产ZKS CBN砂轮来磨削QT700-2曲轴材料，获得了较好的表面粗糙度和表面完整性，而且砂轮高速时获得的工件磨削表面质量要好于砂轮转速较低时。综合考虑，决定砂轮参数选择高速、微小的磨削深度和适中的工作台进给速度。

磨削后的工件表面形貌

例如，使用一组粗、精磨配合参数磨削，其中，粗磨砂轮速度160m/s，切深0.25mm，工件速度2m/min；精磨砂轮速度60m/s，切深0.015mm，工件速度1m/min。粗磨采用Winter1砂轮，精磨采用国产ZKS3砂轮，磨削表面粗糙度值为0.25μm，磨削工件表面完整性好，很好地满足了要求。

通过多组磨削试验分析，推荐曲轴材料QT700-2平面磨削优选参数是：粗磨阶段，砂轮线速度120～160m/s，工件工作台速度2～2.5m/min，磨削深度0.2～0.25mm，以此来提高曲轴磨削材料的磨除率；精磨阶段，砂轮线速度60～100m/s，工作台速度1～1.5m/min，磨削切深可选择0.01mm、0.015mm或0.02mm的微小切深，以此可获得良好的表面质量。由此，为合理的曲轴高速高效磨削工艺打下了基础。